[发明专利]用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法

说明书

本发明属于机器人自定位技术领域，具体是用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法来测量机器人当前姿态，当判断为机器人正在下坡时读取压力传感器的数据，判断左右轮是否出现悬空的状况，当悬空时采用修正后的算法公式对里程计产生的空转误差进行修正的方法。本发明与现有技术相比，有益效果在于：可以实时监测机器人是否处于下坡的状态中，当机器人在下坡时通过压力传感器监测后轮是否在悬空，当监测出有后轮已悬空时改变对机器人行走距离增量(Δx,Δy,Δθ)的计算方法，从而减少因一个轮悬空造成的里程计误差对机器人位姿增量的影响。

技术领域

本发明属于机器人自定位技术领域，涉及一种用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法。

背景技术

机器人定位，是根据先验环境地图信息、物体位姿的当前估计以及传感器的观测数据等输入信息，经过一定的分析和计算，得到更为准确的物体位姿的估计。测量机器人行驶距离的传感器主要有里程计、陀螺仪、加速度传感器等。虽然每一个传感器都具有测量行驶距离的功能，但是单一传感器的测量总会存在一些不足，如里程计存在累计误差和后轮悬空空转造成的误差，而陀螺仪和加速度传感器随时间有漂移，积分之后任何小的常数误差都会无限增长，不适合长时间的精确定位。

在实际的机器人定位导航实验中，当机器人下坡时重心前移，可能只存在有三个轮子即两个前轮和一个后轮同时着地的情形，三个轮和地面的接触点组成一个平面，第四个轮处在斜坡上必然会悬空，如图1所示。在后轮悬空空转状态下，里程计的测量与实际机器人位置的偏移量会有较大的偏差，有可能直接导致机器人位置丢失，定位失败。

利用陀螺仪和加速度传感器可以实时检测出机器人的姿态，通过姿态角可以判断出机器人是否处于下坡的过程中，但是机器人在下坡的过程中，不一定都是后轮出现悬空的状况，有可能是前轮出现悬空，这取决于轮椅的重心位置，所以仅仅检测出机器人的姿态还不足以判断后轮是否处于悬空的状态中。利用压力传感器可以实时检测出后轮对于机器人支架压力的变化，但是仅仅利用压力传感器信号的变化不足以判断机器人的后轮出现悬空，因为机器人负载的变化也会导致压力的变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用惯导器件来测量机器人当前姿态，当判断为机器人正在下坡时读取压力传感器的数据，判断左右轮是否出现悬空的状况，当悬空时采用修正后的算法公式对里程计产生的空转误差进行修正的方法。

用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法，采用陀螺仪和加速度传感器实时检测机器人的姿态，以判断机器人是否正在下坡，当由机器人的姿态判断出机器人处于下坡的过程中时，再利用压力传感器检测机器人的后轮是否悬空，

当由姿态判断出机器人处于平面行驶时，或者虽然处于下坡状态，但后轮均未悬空时，采用下式进行行走距离增量(△x,△y,△θ)的计算：

式中：(△x,△y,△θ)＝前一次采样间隔走过的路径；△x机器人x方向位置增量，△y为机器人y方向位置增量，△s为机器人的位置增量，△s_r,△s_l分别为右轮、左轮行走的距离；b为差动驱动机器人两个轮子之间的距离；θ为机器人的朝向；

当检测出一个后轮已悬空时，忽略两个影响：

(1)后轮转速的强闭环控制使速度不受重力加速度的影响；

(2)忽略前轮的方向对于单后轮驱动直线行驶的影响；这样机器人只受一个后轮的驱动按直线行驶；

左轮悬空时，机器人行走距离增量(△x,△y,△θ)按照下面的修正公式进行计算：

右轮同理。